基于复合左右手传输线的宽带极化可调天线制造技术

本实用新型专利技术公开一种基于复合左右手传输线的宽带极化可调天线，由主辐射贴片、上层介质基板、中间地板层、下层介质基板、基于复合左右手传输线的一分二功分器和2个金属馈电探针组成。基于复合左右手传输线的一分二功分器包括威尔金森一分二功分器、复合左右手传输线移相器和金属弯折线。本实用新型专利技术实现了左旋圆极化、左旋椭圆极化、线极化、右旋椭圆极化、右旋圆极化形式的变化，其极化的可调特性通过轴比(axial ratio，AR)曲线的变化展现。此外，本实用新型专利技术天线在实现不同极化的同时，其辐射方向图保持稳定且定向性良好，从而适用于对天线极化自适应程度高的多极化和定向辐射的雷达、遥控探测等系统中。

Broadband polarization tunable antenna based on composite left and right hand transmission lines

【技术实现步骤摘要】
基于复合左右手传输线的宽带极化可调天线
本技术涉及天线
，具体涉及一种基于复合左右手传输线的宽带极化可调天线。
技术介绍
近年来，由于频谱资源日益消耗，通信密集化程度不断提升，单极化天线已经不能完全满足现代通信在频谱利用率、抗干扰等方面的需求。在雷达、通信、电子对抗、航空航天及遥控遥测等系统之中，天线极化匹配良好与否，所得结果是迥然不同的。因此，为了适应现代电子战大纵深、全方位、高机动、立体化和战场信息密集、多变的特点，对天线极化自适应要求日益迫切。极化可调天线通过检测接收信号的极化状态，调整接收天线的极化形式，实现与发射天线的极化匹配减少信号的极化损失或者极化隔离减少杂波信号的干扰。由于极化可调天线能够实现任意极化形式的相互切换，具有更强的抗干扰能力，因此是目前极化天线的研究的方向。传统的极化可调天线大多数是通过开关的通断来实现不同极化的模式转换，这不仅会导致极化调节的模式比较单一，而且难以满足某些需要多极化调节的场景，比如航空航天及遥感探测、卫星通信、电子对抗等场景。为此，研究人员对极化可调天线进行了进一步研究：2013年，Jia-FuTsai等人在IEEETransactionsonAntennasandPropagation上发表一篇题为“ReconfigurableSquare-RingMicrostripAntenna”的论文。该论文提出了一种双馈方形环微带贴片的极化可调天线。双馈源用于激发两个正交模式，每个馈电网络是由耦合贴片、阻抗变压器和可变电容器组成。虽然该天线可以通过改变馈电网络的馈电状态来激发不同的正交模式，以实现左旋圆极化和右旋圆极化，但是其阻抗与轴比带宽较窄为3.8％(2.04～2.12GHz)。2016年CaiYM等人在IEEETransactionsonAntennasandPropagation上发表一篇题为“Compact-SizeLow-ProfileWidebandCircularlyPolarizedOmnidirectionalPatchAntennaWithReconfigurablePolarizations”的论文。该论文通过微带贴片与其上的槽激发了圆极化并在槽之间加载PIN二极管，通过控制二极管的通断实现了左右旋圆极化之间的调控。虽然该天线的整体尺寸为0.93λ0×0.93λ0×0.024λ0，天线的工作频段在2.09-2.55GHz(19.8％)且在工作频段其轴比都小于3dB，但由于此结构采用的二极管的数量过多导致其损耗增大且其极化可调模式过于单一。2018年，Lian，Ruina等人在IEEEAntennasandWirelessPropagationLetters上发表了一篇题为“DesignofaBroadbandPolarizationReconfigurableFabry-PerotResonatorAntenna”的论文。该论文采用了垂直放置的两个工字形缝隙耦合天线，通过在馈电网络中采用二极管来实现水平与垂直线极化之间的切换。虽然该天线在两种极化模式不影响的情况下实现了2.2-2.72GHz(21％)的阻抗带宽，但是其极化模式却过于单一。此外，公告号为CN109638411A中国技术专利申请公开的“一种双频双极化可重构智能WIFI天线”；公告号为CN201821150011中国技术专利申请公开的“一种集成人工磁导体的多线极化可重构天线”和公告号为CN201820754346中国技术专利申请公开的“一种基于馈电网络的极化可重构天线阵列”；上述的技术专利研究虽然实现了天线的极化形式可调，但这些技术专利都是通过加载PIN二极管器件来实现导致天线的极化调节方式比较单一，往往只能实现一种极化形式的转换。
技术实现思路
本技术所要解决的是现有极化可调天线存在极化可调模式过于单一且带宽过窄等问题，提供一种基于复合左右手传输线的宽带极化可调天线。为解决上述问题，本技术是通过以下技术方案实现的：基于复合左右手传输线的宽带极化可调天线，由主辐射贴片、上层介质基板、中间地板层、下层介质基板、基于复合左右手传输线的一分二功分器和2个金属馈电探针组成。中间地板层位于上层介质基板和下层介质基板之间，并于上层介质基板的下表面和下层介质基板的上表面相贴。主辐射贴片覆于上层介质基板的上表面。基于复合左右手传输线的一分二功分器覆于下层介质基板的下表面。基于复合左右手传输线的一分二功分器包括3个部分，即威尔金森一分二功分器、复合左右手传输线移相器和金属弯折线。威尔金森一分二功分器的输入端形成基于复合左右手传输线的一分二功分器的输入端。威尔金森一分二功分器的一个输出端与复合左右手传输线移相器的输入端连接，复合左右手传输线移相器的输出端形成基于复合左右手传输线的一分二功分器的一个输出端。威尔金森一分二功分器的另一个输出端与金属弯折线的输入端连接，金属弯折线的输出端形成基于复合左右手传输线的一分二功分器的另一个输出端。基于复合左右手传输线的一分二功分器的输入端延伸到下层介质基板的边缘，基于复合左右手传输线的一分二功分器的2个输出端均位于下层介质基板的中部。主辐射贴片位于上层介质基板的中部，并与基于复合左右手传输线的一分二功分器的2个输出端所处位置镜像相对。2个金属馈电探针的下端分别与基于复合左右手传输线的一分二功分器的2个输出端连接，这2个金属馈电探针的上端分别穿过下层介质基板、中间地板层和上层介质基板与主辐射贴片连接。上述方案中，复合左右手传输线移相器整体呈山字形，并由3个交指电容、4个变容二极管、2条阻抗匹配线、1条条状的接地金属线、2个块状的接地金属块、以及3个以上的接地销钉组成。其中3个交指电容包括1个呈横向设置的中心交指电容和2个呈纵向设置的侧边交指电容。2条阻抗匹配线对称设置在中心交指电容的左右两侧，且三者在横向方向上处于同一直线上。2条阻抗匹配线的内侧端各通过1个变容二极管与中心交指电容的左侧或右侧连接，2条阻抗匹配线的外侧端分别形成复合左右手传输线移相器的输入端和输出端。2个侧边交指电容对称设置在接地金属线的左右两侧，且三者在纵向方向上相互平行。条状的接地金属线位于中心交指电容的正上方，且条状的接地金属线的下端直接与中心交指电容连接。2个侧边交指电容分别位于2条阻抗匹配线的正上方，且2个侧边交指电容的下端各通过1个变容二极管与2条阻抗匹配线连接。接地金属线上设有至少1个接地销钉，该接地销钉的一端与接地金属线连接，另一端穿过下层介质基板与中间地板层连接。2个接地金属块分别位于2条阻抗匹配线的正下方，且2个接地金属块各通过1条连接线与2条阻抗匹配线连接。每个接地金属块上均设有1个接地销钉，该接地销钉一端与接地金属块连接，另一端穿过下层介质基板与中间地板层连接。上述方案中，位于阻抗匹配线与中心交指电容之间的2个变容二极管呈镜像设置，即这2个变容二极管的正极与中心交指电容直接连接，负极通过连接线与阻抗匹配线连接。位于阻抗匹配线与侧边交指电容之间的2个变容二极管呈对称设置，即这2个变容二极管的正极与交指电容直接连接本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于复合左右手传输线的宽带极化可调天线，其特征是，由主辐射贴片(1)、上层介质基板(2)、中间地板层(3)、下层介质基板(4)、基于复合左右手传输线的一分二功分器(5)和2个金属馈电探针(6)组成；/n中间地板层(3)位于上层介质基板(2)和下层介质基板(4)之间，并于上层介质基板(2)的下表面和下层介质基板(4)的上表面相贴；主辐射贴片(1)覆于上层介质基板(2)的上表面；基于复合左右手传输线的一分二功分器(5)覆于下层介质基板(4)的下表面；/n基于复合左右手传输线的一分二功分器(5)包括3个部分，即威尔金森一分二功分器(5-1)、复合左右手传输线移相器(5-2)和金属弯折线(5-3)；/n威尔金森一分二功分器(5-1)的输入端形成基于复合左右手传输线的一分二功分器(5)的输入端；威尔金森一分二功分器(5-1)的一个输出端与复合左右手传输线移相器(5-2)的输入端连接，复合左右手传输线移相器(5-2)的输出端形成基于复合左右手传输线的一分二功分器(5)的一个输出端；威尔金森一分二功分器(5-1)的另一个输出端与金属弯折线(5-3)的输入端连接，金属弯折线(5-3)的输出端形成基于复合左右手传输线的一分二功分器(5)的另一个输出端；/n基于复合左右手传输线的一分二功分器(5)的输入端延伸到下层介质基板(4)的边缘，基于复合左右手传输线的一分二功分器(5)的2个输出端均位于下层介质基板(4)的中部；/n主辐射贴片(1)位于上层介质基板(2)的中部，并与基于复合左右手传输线的一分二功分器(5)的2个输出端所处位置镜像相对；2个金属馈电探针(6)的下端分别与基于复合左右手传输线的一分二功分器(5)的2个输出端连接，这2个金属馈电探针(6)的上端分别穿过下层介质基板(4)、中间地板层(3)和上层介质基板(2)与主辐射贴片(1)连接。/n...

【技术特征摘要】
1.基于复合左右手传输线的宽带极化可调天线，其特征是，由主辐射贴片(1)、上层介质基板(2)、中间地板层(3)、下层介质基板(4)、基于复合左右手传输线的一分二功分器(5)和2个金属馈电探针(6)组成；
中间地板层(3)位于上层介质基板(2)和下层介质基板(4)之间，并于上层介质基板(2)的下表面和下层介质基板(4)的上表面相贴；主辐射贴片(1)覆于上层介质基板(2)的上表面；基于复合左右手传输线的一分二功分器(5)覆于下层介质基板(4)的下表面；
基于复合左右手传输线的一分二功分器(5)包括3个部分，即威尔金森一分二功分器(5-1)、复合左右手传输线移相器(5-2)和金属弯折线(5-3)；
威尔金森一分二功分器(5-1)的输入端形成基于复合左右手传输线的一分二功分器(5)的输入端；威尔金森一分二功分器(5-1)的一个输出端与复合左右手传输线移相器(5-2)的输入端连接，复合左右手传输线移相器(5-2)的输出端形成基于复合左右手传输线的一分二功分器(5)的一个输出端；威尔金森一分二功分器(5-1)的另一个输出端与金属弯折线(5-3)的输入端连接，金属弯折线(5-3)的输出端形成基于复合左右手传输线的一分二功分器(5)的另一个输出端；
基于复合左右手传输线的一分二功分器(5)的输入端延伸到下层介质基板(4)的边缘，基于复合左右手传输线的一分二功分器(5)的2个输出端均位于下层介质基板(4)的中部；
主辐射贴片(1)位于上层介质基板(2)的中部，并与基于复合左右手传输线的一分二功分器(5)的2个输出端所处位置镜像相对；2个金属馈电探针(6)的下端分别与基于复合左右手传输线的一分二功分器(5)的2个输出端连接，这2个金属馈电探针(6)的上端分别穿过下层介质基板(4)、中间地板层(3)和上层介质基板(2)与主辐射贴片(1)连接。


2.根据权利要求1所述的基于复合左右手传输线的宽带极化可调天线，其特征是，
复合左右手传输线移相器(5-2)整体呈山字形，并由3个交指电容(5-2-1)、4个变容二极管(5-2-2)、2条阻抗匹配线(5-2-3)、1条条状的接地金属线(5-2-4)、2个块状的接地金属块(5-2-5)、以及3个以上的接地销钉(5-2-6)组成；其中3个交指电容(5-2-1)包括1个呈横向设置的中心交指电容(5-2-1)和2个呈纵向设置的侧边交指电容(5-2-1)；
2条阻抗匹配线(5-2-3)对称设置在中心交指电容(5-2-1)的左右两侧，且三者在横向方向上处于同一直线上；2条阻抗匹配线(5-2-3)的内侧端各通过1个变容二极管(5-2-2)与中心交指电容(5-2-1)的左侧或右侧连接，2条阻抗匹配线(5-2-3)的外侧端分别形成复合左右手传输线移相器(5-2)的输入端和输出端；
2个侧边交指电容(5-2-1)对称设置在接地金属线(5-2-4)的左右两侧，且三者在纵向方向上相互平行；条状的接地金属线(5-2-4)位于中心交指电容(5-2-1)的正上方，且条状的接地金属线(5-2-4)的下端直接与中心交...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭麟，李志鹏，马静，石彬，姜兴，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，北京仿真中心，
类型：新型
国别省市：广西;45